高結合性能涂層結合強度的試驗研究及有限元分析.pdf

1、在表面工程與材料科學中廣泛地采用各種各樣的涂層，以達到保護基體材料、滿足耐熱、耐磨、耐蝕等目的。如航空航天器件中的各種高溫防護涂層，集成電路中絕緣涂層等。然而，涂層與基體之間的良好結合是涂層得以發(fā)揮其作用的基本條件，其結合強度的定量測試對評價涂層質量、優(yōu)化制備工藝和發(fā)展新涂層技術具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實意義。本文基于專利--“基于壓力試驗裝置的高結合性能涂層結合強度測試方法及試樣”，利用有限元仿真及試驗驗證，對專利中存在的兩個問題即

2、涂層/基體結合強度表征公式和測試試樣的結構尺寸進行了深入地研究和進一步完善。主要研究內容如下：1．建立了基于專利試樣的用于表征高結合性能涂層結合強度的公式；通過在涂層與基體結合界面處添加非線性彈簧單元設定單元的應力-應變本構關系參數，在應力場有限元仿真中模擬了各種涂層涂覆工藝的界面結合力，進而分析了有無金屬加強板、不同錐度、結合面寬度、涂層厚度以及不同的涂層/基體材料體系對結合界面處的應力分布的影響。2．通過仿真優(yōu)化，獲得了優(yōu)化的測試試

3、樣結構參數。為與國標試件的比對試驗提供了具體的模型結構尺寸和一定的理論基礎，并試驗驗證了優(yōu)化后模型的正確性。3．采用全解耦損傷分析方法（生死單元法），模擬了涂層與基體界面開裂時的動態(tài)裂紋擴展過程，結合涂層剝落后的界面微觀形貌，為更好地理解和分析在涂層失效過程中所發(fā)生的一系列復雜的斷裂力學現(xiàn)象提供了有效手段。4．自行設計了一種可以檢測力熱共同作用下的涂層/基體結合強度的測試裝置；對力熱共同作用下的涂層/基體結合強度測試進行了試驗研究，初步